[發明專利]固體火箭沖壓發動機燃氣多角度協同撞擊摻混增強裝置

在審

• 申請號: 202211237367.6
• 申請日: 2022-10-08
• 公開（公告）號: CN115898694A
• 公開（公告）日: 2023-04-04
• 發明（設計）人: 張伊喬;武志文;張智慧;陳鵬鑫;牛雨鵬;梅冰清;張旭
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: F02K9/34
• 分類號: F02K9/34;F02K7/18;F02K7/10
• 代理公司: 北京正陽理工知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 鄔曉楠

本發明公開的固體火箭沖壓發動機燃氣多角度協同撞擊摻混增強裝置，屬于固體火箭沖壓發動機技術領域。本發明通過調節多股燃氣之間相互撞擊的角度和燃氣向進氣道側的偏轉角度，調節流場內燃氣與空氣分布的均勻程度和穩定程度，實現燃氣與空氣的摻混增強；通過燃燒室對接段和噴頭底座配合，控制燃氣多角度協同撞擊式噴頭與補燃室入口的距離和燃氣多角度協同撞擊式噴頭的安裝軸向方位、徑向方位、以及周向方位，調節流場，并且噴頭沒有侵入補燃室內，能夠盡量減小總壓損失，降低熱防護難度；通過燃氣噴孔的多角度控制、燃氣多角度協同撞擊式噴頭的安裝軸向方位、徑向方位、以及周向方位的控制和燃氣多角度協同撞擊式噴頭與補燃室入口距離的控制，對流場實現多維度的調節。

技術領域

本發明涉及一種固體火箭沖壓發動機燃氣多角度協同撞擊摻混增強裝置，具體涉及一種固體火箭沖壓發動機摻混增強技術，屬于固體火箭沖壓發動機技術領域。

背景技術

高超聲速武器是未來世界軍事競爭的戰略制高點，隨著航天技術的發展，對高超聲速武器綜合性能和進入空間能力提出了更高的要求，其通常需要具備高能量密度裝填、快速作戰響應、貯存維護使用方便等特點。固體火箭沖壓發動機是一種新型的導彈武器推進系統，作為沖壓發動機和固體火箭技術的有機結合，兼有二者的雙重優點：比沖高、結構緊湊、裝填密度高、作戰反應快、機動性及安全性好等優勢，適合高超聲速導彈高速巡航飛行使用。并且相較于固體燃料沖壓發動機，不存在點火及火焰穩定問題，其燃燒室工作參數受來流參數影響小。基于上述優勢，固體火箭沖壓發動機得到了國內外學者的廣泛關注。

補燃室作為含硼固體火箭沖壓發動機燃料燃燒、能量釋放的主要場所，其中的燃燒效率對固體火箭沖壓發動機的整體性能起著決定性作用。在實際的應用中，一次燃氣會攜帶大量的硼顆粒進入補燃室進行二次燃燒，考慮到燃氣在補燃室停留的時間非常短，因此實現很短時間內的高效二次燃燒是重要發展方向。由于燃料與空氣混合擴散速率對于燃燒過程有很重要的影響，因此研究燃氣與空氣的摻混增強很有必要。

目前摻混增強技術分為被動式和主動式兩種，其中被動式摻混增強技術包括物理斜坡、氣動斜坡、支板、燃氣噴孔等，主動式摻混增強技術包括脈沖射流、合成射流、彈性激勵等。研究發現由于物理斜坡通常要侵入流場，因而會產生較大的阻力損失和總壓損失；其次，物理斜坡表面會產生很高的熱負荷，對材料的耐熱性提出了較高要求，尤其是斜坡的尖銳邊緣在高溫環境中很容易被燒蝕破壞，物理斜坡的摻混增強和火焰穩定效果高度依賴其幾何結構，一旦幾何結構遭到破壞，其摻混增強效果將被大大削弱。氣動斜坡在近場的混合效果優于物理斜坡，而遠場混合效果不如物理斜坡。支板作為一種插入主流的混合增強裝置，會產生較大的阻力損失和總壓損失，且支板所面臨的熱環境相當嚴酷，其熱防護也是目前的一大難題。主動式摻混增強方式一般結構復雜，研究成本高，實際應用很困難。

燃氣噴孔作為一種比較新提出的被動式摻混增強方式，目前得到了研究人員的更多關注。

發明內容

針對上述主/被動式摻混增強技術存在的結構復雜、侵入流場、易造成較大總壓損失、熱防護困難等不足，本發明主要目的是提供一種固體火箭沖壓發動機燃氣多角度協同撞擊摻混增強裝置，通過調節多股燃氣之間相互撞擊的角度和燃氣向進氣道側的偏轉角度，實現燃氣自擊位置的控制和燃氣與空氣互擊位置的控制，調節流場內燃氣與空氣分布的均勻程度和穩定程度，實現補燃室中燃氣與空氣的摻混增強，從而改善燃燒性能、提高燃燒效率；通過燃燒室對接段和噴頭底座的配合，能夠控制燃氣多角度協同撞擊式噴頭與補燃室入口的距離和燃氣多角度協同撞擊式噴頭的軸向方位、徑向方位以及周向方位，起到調節流場的作用；并且噴頭沒有侵入補燃室內，沒有侵入流場的實體結構，能夠盡量減小總壓損失，降低熱防護的難度；通過燃氣噴孔的多角度控制、燃氣多角度協同撞擊式噴頭的安裝軸向方位、徑向方位、以及周向方位的控制和燃氣多角度協同撞擊式噴頭與補燃室入口距離的控制，對流場實現多維度的調節，極大提高固體火箭沖壓發動機的機動性能。所述流場內燃氣內含硼顆粒。

本發明的目的是通過下述技術方案實現的。